Высокопластичная низкоуглеродистая сталь
Владельцы патента RU 2490354:
Открытое акционерное общество "Магнитогорский металлургический комбинат" (RU)
Изобретение относится к области металлургии стали и может быть использовано при производстве катанки с повышенными пластическими свойствами. Сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,01-0,06, марганец от 0,10 до менее 0,30, кремний до менее 0,01, фосфор не более 0,020, сера от более 0,003 до не более 0,015, хром не более 0,10, никель не более 0,10, медь не более 0,15, алюминий 0,005-0,015, кальций 0,0001-0,005, азот не более 0,008, железо остальное. Обеспечивается требуемая величина относительного сужения поперечного сечения после разрыва. 1 пр.
Изобретение относится к металлургии стали и может быть использовано при производстве катанки с повышенными пластическими свойствами.
Известна сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, алюминий, которая дополнительно содержит кальций, что повышает ее способность к глубокой вытяжке (см. а.с. СССР №1261970, кл. С21С 38/38, опубл. в БИ №37, 1986 г.).
Недостатком этой стали является низкая пластичность при «волочении» металла.
Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является сталь 05 кп, описанная в ГОСТ 1050-88 «Прокат сортовой, калиброванный, со специальной отделкой поверхности из углеродистой качественной конструкционной стали». Она содержит углерод, кремний, марганец, серу, фосфор, хром, никель, медь и характеризуется содержанием указанных компонентов в соотношении, мас.%:
| Углерод | не более 0,06 |
| Марганец | не более 0,40 |
| Кремний | не более 0,03 |
| Фосфор | не более 0,035 |
| Сера | не более 0,040 |
| Хром | не более 0,10 |
| Никель | не более 0,30 |
| Медь | не более 0,30 |
| Железо | остальное. |
Известная сталь не гарантирует получение требуемых пластических характеристик (относительное сужение не менее 70%). Это связано с высоким содержанием вредных примесей (серы и фосфора) и примесных элементов (никель и медь), что в процессе холодной деформации (в частности при волочении) приводит к обрывности и более интенсивному упрочнению, что ограничивает ее переработку без промежуточной термообработки и ухудшает потребительские свойства стали.
Ожидаемый технический результат - обеспечение необходимых высоких пластических свойств катанки (относительное сужения (Ψ) поперечного сечения после разрыва более 70,0%).
Для решения этой задачи, высокопластичная низкоуглеродистая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, серу, фосфор, хром, никель, медь и железо, согласно изобретению она дополнительно содержит алюминий, кальций и азот при следующем соотношении компонентов (в мас.%):
| Углерод | 0,01…0,06 |
| Марганец | от 0,10 до менее 0,30 |
| Кремний | до менее 0,01 |
| Фосфор | не более 0,020 |
| Сера | от более 0,003 до не более 0,015 |
| Хром | не более 0,10 |
| Никель | не более 0,10 |
| Медь | не более 0,15 |
| Алюминий | 0,005…0,015 |
| Кальций | 0,0001…0,005 |
| Азот | не более 0,008 |
| Железо | остальное. |
Все вышеуказанные пределы содержания компонентов в предлагаемой стали получены в результате обработки опытных данных.
Сущность заявляемого технического решения заключается в оптимизации содержания отдельных компонентов в высокопластичной низкоуглеродистой стали. В результате этого повышаются пластические свойства катанки (относительное сужение более 70%), при сохранении удовлетворительных прочностных свойств (предел прочности не более 390 Н/мм2), что особенно важно при ее последующей переработке.
Кальций реагирует с алюминием и продуктами первичного раскисления с образованием жидких алюминатов кальция, что улучшает условия разливаемости металла. Таким образом, кальций позволяет уменьшить включения глинозема и сульфидов марганца. Введение в металл кальция позволяет изменить морфологию образующих неметаллических включений, переводя ее из "опасных" в более благоприятную, глобулярную и очистить границы зерен от карбонитридов.
Содержание кремния не более 0,01% позволяет снизить количество хрупких силикатов, а также при последующей холодной деформации избежать резкого снижения пластических свойств (в связи с тем, что более высокое содержание кремния препятствует движению дислокации), в то же время данное содержание кремния позволяет улучшить «разливаемость» металла на сортовых машинах непрерывной разливки стали.
Регламентированное содержания алюминия и азота позволяет максимально снизить содержание неметаллических включений, повысить качество непрерывнолитой заготовки.
Опытную проверку заявляемого технического решения осуществили, при производстве стали С4С в электросталеплавильном цехе ОАО «Магнитогорского металлургического комбината» с последующей ее прокаткой на стане 170. Результаты опытов оценивали по результатам механических испытаний катанки.
Наилучшие результаты (выход годного проката в пределах 98,1-99,3 при заданной величине его относительного сужения) получены, при использовании предлагаемой стали. Отклонения от требуемого химического состава и необходимой оптимальной микроструктуры приводили к получению брака по механическим свойствам.
Так, при содержании в стали (мас.%) Al<0,005 (но при рекомендуемом содержании остальных элементов), С<0,01, Mn<0,10, Si>0,01 и Са<0,0001 (при том же условии) не удалось получить требуемое относительное сужение у 3-9% катанки. При содержании в стали (мас.%) Al>0,015 (но при рекомендуемом содержании остальных элементов), 0,06, Mn>0,30 и Са>0,005, а также повышенном содержании S, P, Cr, Ni, Cu (соответственно, больше 0,015, 0,020, 0,10, 0,1 и 0,15) недостаточные пластические свойства не позволили получить катанку с заданными свойствами.
При получении же проката из стали, химический состав которой имел хотя бы один компонент с отличной (от заявляемой) величиной, отсортировка готового проката по недопустимым отклонениям от заданной нормы относительного сужения составляла не менее 0,5-1,1%, причем в ряде случаев предел прочности был выше требований.
Сравнительные испытания стали 05 кп, выбранной в качестве ближайшего аналога, привели к отсортировке по вышеназванной причине от 4-6% готового проката. Таким образом, опытная проверка подтвердила приемлемость найденного технического решения для выполнения поставленной цели и его преимущество перед известным объектом.
Внедрение предлагаемого изобретения при производстве высокопластичной низкоуглеродистой стали позволит повысить прибыль от реализации проката с улучшенными потребительскими свойствами не менее чем на 3,0-5,0% за счет более высокой цены, которая устроит потребителя в связи с уменьшением у него себестоимости переработки данной катанки до 20%.
Пример конкретного выполнения.
Катанка из высокопластичной низкоуглеродистой стали диаметром 5,5 мм содержит (мас.%): С=0,045; Sr=0,005; Mn=0,27; S=0,008; P=0,013; Cr=0,03; Ni=0,04; Cu=0,04; Al=0,006; Са=0,00392, остальное - железо.
Высокопластичная низкоуглеродистая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, серу, фосфор, хром, никель, медь и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит алюминий, кальций и азот при следующем соотношении, мас.%:
| углерод | 0,01-0,06 |
| марганец | от 0,10 до менее 0,30 |
| кремний | до менее 0,01 |
| фосфор | не более 0,020 |
| сера | от более 0,003 до не более 0,015 |
| хром | не более 0,10 |
| никель | не более 0,10 |
| медь | не более 0,15 |
| алюминий | 0,005 - 0,015 |
| кальций | 0,0001-0,005 |
| азот | не более 0,008 |
| железо | остальное |
